Книга: Морис П. «Поверхность и межфазные границы в окружающей среде»

Серия: "Учебник для высшей школы"

 В этой книге затронуты вопросы взаимосвязи физикохимических явлений в окружающей среде с изменениями климата и экологической ситуации на Земле, что определяет междисциплинарность ее содержания. Показана важнейшая роль взаимодействий на межфазных границах минерал/вода в процессах формирования и выветривания горных пород, в миграции химических элементов и веществ.
 Многочисленные практические примеры реальных природных экосистем и регионов, а также предлагаемые задачи помогают лучше понять необходимость тщательного изучения физико-химического аспекта биогеохимических процессов на уровне наноразмерных структур, без чего невозможно создание глобальной сети экологического мониторинга.
 Книга не имеет аналогов по содержанию и предназначена для студентов, аспирантов и преподавателей разных специальностей: геология, биология, химия, физика, охрана окружающей среды, химические технологии, электротехника и нанотехнологии.

Содержание:

Предисловие...... 10 Фундаментальные постоянные и соотношения единиц измерений...... 13 Глава 1. Основные принципы термодинамики и кинетики химических процессов...... 15 Способы выражения концентрации...... 15 Сопоставление термодинамического и кинетического методов...... 17 Введение в термодинамику...... 18 Краткое введение в кинетику...... 39 Вопросы для самостоятельной работы...... 53 Рекомендуемая литература...... 57 Глава 2. Гидрологический цикл в контексте экологической роли поверхностей и межфазных границ...... 58 Структура и основные свойства воды...... 58 Химический состав земли...... 61 Критические зоны...... 62 Гидрологический цикл...... 62 Океаны...... 64 Атмосфера...... 65 Подземная вода...... 69 Поверхностные воды: внимание к рекам...... 81 Водный баланс и потоки химических соединений в наземных экосистемах...... 89 Вопросы для самостоятельной работы...... 94 Рекомендуемая литература...... 98 Глава 3. Некоторые минералы, представляющие особый интерес для химии поверхности в окружающей среде...... 99 Гиббсит...... 100 Кварц...... 101 Каолинит...... 101 Смектиты (монтмориллонит)...... 104 Оксиды и гидроксиды железа...... 106 Оксиды марганца...... 111 Кальцит...... 112 Полевые шпаты...... 113 Цеолиты...... 114 Вопросы для самостоятельной работы...... 115 Рекомендуемая литература...... 116 Глава 4. Основные методы исследования поверхностей и межфазных границ...... 117 Краткий обзор некоторых широко используемых методов...... 117 Подробнее о некоторых важных методах...... 122 Микроскопия биопленок...... 149 Вопросы для самостоятельной работы...... 150 Рекомендуемая литература...... 152 Глава 5. Поверхности и межфазные границы...... 153 Что такое поверхность и межфазная граница?...... 153 Строение поверхности...... 155 Динамика поверхности...... 162 Предметы междисциплинарных исследований...... 165 Поверхностная свободная энергия и поверхностные избытки...... 166 Поверхностное натяжение и связанные с ним явления...... 169 Некоторые подходы к моделированию поверхности и межфазных границ...... 174 Вопросы для самостоятельной работы...... 177 Рекомендуемая литература...... 178 Глава 6. Электрический заряд и образование поверхностных комплексов...... 179 Некоторые доказательства наличия поверхностного заряда...... 179 Источники поверхностного заряда минералов...... 180 Терминология, используемая при описании сорбции...... 186 Катионообменная емкость...... 190 Изотермы сорбции...... 194 Уравнения изотерм сорбции...... 196 Двойной электрический слой, теория Гуи–Чепмена...... 199 Теория ДЛВО в применении к коллоидам в пористой среде...... 214 Вопросы для самостоятельной работы...... 217 Рекомендуемая литература...... 222 Глава 7. Сорбция: неорганические катионы и анионы...... 223 Типичный адсорбционный эксперимент...... 224 Сорбция катионов металлов...... 226 Адсорбция неорганических анионов...... 235 Влияние редокс-потенциала и степени окисления на адсорбцию неорганических катионов...... 240 Вопросы для самостоятельной работы...... 247 Рекомендуемая литература...... 249 Глава 8. Сорбция органических веществ...... 250 Краткое введение в органическую химию...... 251 Некоторые органические соединения, важные для химии поверхности в окружающей среде...... 257 Сорбция простых органических лигандов, ПАВ и гумусовых веществ...... 263 Соадсорбция металлов и лигандов: трехкомпонентные поверхностные комплексы...... 273 Сорбция некоторых органических загрязнителей...... 275 Коэффициент распределения Kd и перенос загрязнителя в пористых средах...... 286 Активированный уголь и сорбция летучей органики...... 287 Вопросы для самостоятельной работы...... 289 Рекомендуемая литература...... 292 Глава 9. Образование зародышей и рост минералов...... 293 Состояние насыщения и нуклеация минерала: пример единства термодинамики и кинетики...... 293 От нуклеации к росту кристаллов...... 298 Примеси и ступенчатый рост кристалла...... 309 Моделирование роста кристаллов методом Монте-Карло...... 311 Биоминерализация...... 312 Осаждение карбонатов в море...... 314 Вопросы для самостоятельной работы...... 316 Рекомендуемая литература...... 317 Глава 10. Выветривание и растворение минералов...... 318 Химическое, физическое и биологическое выветривание...... 318 Термодинамика выветривания минералов...... 321 Кинетика растворения минералов...... 326 Сравнение скоростей растворения в лабораторных и полевых условиях...... 332 Осадки и выветривание: пример с Гавайских островов...... 336 Реакторы для экспериментов по растворению...... 341 Использование радиоактивных изотопов при изучении выветривания...... 345 Вопросы для самостоятельной работы...... 346 Рекомендуемая литература...... 349 Глава 11. Растения и межфазные границы в окружающей среде...... 350 Экогидрология и влажность почвы...... 350 Некоторые замечания о физиологии покрытосеменных...... 352 Потребность растений в питательных веществах...... 352 Влияние растений на растворение и выветривание минералов...... 355 Типы растительного круговорота химических элементов...... 358 Растения и биоминерализация: фитолиты...... 359 Растения и формации в известняковых пещерах...... 361 Фиторемедиация как пример взаимодействий между растением, минералом и загрязнителем...... 363 Вопросы для самостоятельной работы...... 368 Рекомендуемая литература...... 369 Глава 12. Микроорганизмы и межфазные границы в окружающей среде...... 370 Как микроорганизмы «зарабатывают себе на жизнь»...... 372 Кривые роста микроорганизмов...... 382 Группы бактерий...... 383 Клеточные оболочки бактерий...... 384 Бактериальная адгезия и биопленки...... 386 Бактериальное растворение минералов...... 391 Микробиальная биоминерализация...... 402 Микробиальные топливные элементы...... 410 Вопросы для самостоятельной работы...... 414 Рекомендуемая литература...... 416 Глава 13. Природные наночастицы и нанотехнологии...... 417 Что такое наночастица?...... 417 Распространенность и распределение наночастиц...... 419 Что придает наночастицам особые свойства?...... 422 Самосборка и сборка по шаблону...... 432 Перенос наночастиц в пористых средах...... 433 Зарождение нанотехнологий...... 435 Потенциальное воздействие искусственных наночастиц на окружающую среду...... 437 Вопросы для самостоятельной работы...... 439 Рекомендуемая литература...... 440 Глава 14. Общая картина: процессы на межфазных границах и окружающая среда...... 441 Модели реактивного переноса металлов и радионуклидов в пористых средах...... 441 Влияние кислотных дождей на химическое выветривание...... 444 Кислотный шахтный дренаж...... 452 Частицы в окружающей среде и изменение климата...... 457 Эффекты масштабирования: от атомного уровня до бассейна отдельного водоема и глобального масштаба...... 468 Вопросы для самостоятельной работы...... 473 Рекомендуемая литература...... 475 Цитированные источники...... 476 Дополнительная литература для самостоятельного изучения...... 507 Словарь терминов и выражений...... 512 Предметный указатель...... 535

Издательство: "БИНОМ. Лаборатория знаний" (2015)

ISBN: 9785996329793